- •Глава 4. Массообменные процессы
- •Работа № 12 изучение кинетики процесса конвективной сушки
- •Описание экспериментальной установки
- •Методика проведения работы
- •Обработка результатов эксперимента
- •Порядок оформления отчета
- •Контрольные вопросы
- •Работа № 13 экспериментальная проверка дифференциального уравнения простой перегонки
- •Остаток
- •Описание экспериментальной установки
- •Методика проведения работы и обработка результатов эксперимента
- •Порядок оформления отчета
- •Контрольные вопросы
- •Работа № 14 изучение процесса абсорбции углекислого газа водой в аппарате с механическим перемешиванием
- •Описание экспериментальной установки
- •Методика проведения работы
- •Обработка результатов эксперимента
- •Порядок оформления отчета
- •Контрольные вопросы
- •Работа № 15 изучение гидродинамики колпачковой тарелки
- •Описание экспериментальной установки
- •Методика проведения работы
- •Обработка результатов эксперимента
- •Определение коэффициента сопротивления сухой тарелки
- •Определение гидравлического сопротивления орошаемой тарелки
- •Порядок оформления отчета
- •Контрольные вопросы
- •Работа № 16 изучение гидродинамических характеристик насадочной колонны
- •Описание экспериментальной установки
- •Методика проведения работы
- •Обработка результатов эксперимента
- •Определение гидравлического сопротивления сухой насадки
- •Определение гидравлического сопротивления орошаемой насадки
- •Порядок оформления отчёта
- •Контрольные вопросы
Порядок оформления отчета
Отчет о работе оформляется в соответствии с требованиями, изложенными в [10], и должен содержать:
- титульный лист;
- цель работы;
- схему, описание экспериментальной установки для экспериментальной проверки дифференциального уравнения простой перегонки и методику проведения работы;
- таблицу опытных данных;
- таблицу результатов расчета по графическому решению интеграла;
- необходимые расчеты, сопровождаемые пояснительным текстом;
- график зависимости 1/(у*-х) = f(х), построенный на миллиметровой бумаге с нанесением расчетных точек и значением площади под кривой;
- выводы, соответствующие целям работы.
Контрольные вопросы
1. Принципиальная схема периодической простой перегонки, сущность процесса. Фракционная перегонка.
2. Измерение концентрации НК в водно-спиртовых смесях. Способы выражения состава фаз.
3. Дифференциальное уравнение материального баланса простой перегонки (вывод).
4. Расчет количества получаемого остатка путем графического интегрирования.
5. Расчет количества дистиллята и содержания в нем НК.
6. Схема лабораторной установки, порядок проведения эксперимента.
Работа № 14 изучение процесса абсорбции углекислого газа водой в аппарате с механическим перемешиванием
Ц е л ь р а б о т ы - получение зависимости диффузионного числа Нуссельта от числа Рейнольдса для системы углекислый газ - вода.
Т е о р е т и ч е с к а я ч а с т ь. Абсорбцией называют процесс избирательного поглощениякомпонентов из газовых или парогазовых смесей жидкими поглотителями (абсорбентами). При физической абсорбции поглощаемый компонент не взаимодействует химически с абсорбентом.
Процесс массопередачи включает процессы массоотдачи в пределах каждой из двух взаимодействующих фаз и, кроме того, - процесс переноса распределяемого вещества через поверхность раздела фаз. Сложность расчета процесса связана с тем, что невозможно измерить концентрацию фаз непосредственно у границы их раздела. Учитывая это, основное уравнение массопередачи, определяющее массу М вещества, переносимого из фазы в фазу в единицу времени, выражают следующим образом:
; (4.22)
, (4.23)
где у*, х* - равновесные концентрации в данной фазе, соответствующие концентрациям распределяемого вещества в основной массе (ядре) другой фазы - х и у; Ку, Кх - коэффициенты массопередачи, выраженные соответственно через концентрации газовой и жидкой фаз; τ - продолжительность процесса, с.
Коэффициенты массопередачи Ку и Кх определенным образом связаны с коэффициентами массоотдачи
; (4.24)
, (4.25)
где βх - коэффициент массоотдачи в жидкой фазе; βу - коэффициент массоотдачи в газовой фазе; m - коэффициент распределения.
Коэффициенты массоотдачи βx и βу показывают, какое количество вещества переходит от единицы поверхности раздела фаз в ядро фазы (или в обратном направлении) в единицу времени при движущей силе, равной единице.
Коэффициент массоотдачи является не физической константой, а кинетической характеристикой, зависящей от физических свойств фазы, гидродинамических условий в ней (скорость движения, режим движения), связанных в свою очередь с физическими свойствами фазы, а также с геометрическими факторами, определяемыми конструкцией и размерами массообменного аппарата. Коэффициенты массоотдачи учитывают как молекулярный, так и конвективный перенос вещества в фазе.
В некоторых случаях сопротивление одной из фаз может быть пренебрежимо мало по сравнению с сопротивлением другой. Пусть, например, невелико сопротивление жидкой фазы. Тогда коэффициент массоотдачи βж очень велик, диффузионное сопротивление соответственно очень мало и Ку ≈ βу, т.е. в данном случае скорость массопередачи ограничена сопротивлением в газовой фазе, которое является определяющим.
В противоположном случае, когда очень мало сопротивление газовой фазы, как в случае поглощения углекислого газа водой, величина βу весьма большая, а величина 1/βуm незначительна. При этом Кх ≈ βх , т.е. определяющим является сопротивление в жидкой фазе и для интенсификации массопередачи необходимо воздействовать на массоотдачу в жидкой фазе, например, путем увеличения скорости жидкой фазы или увеличения числа оборотов мешалки в аппарате с механическим перемешиванием.
Уравнение массопередачи (4.23) примет вид
. (4.26)
Из уравнения (4.26) можно определить коэффициент массоотдачи
. (4.27)
Поскольку гидродинамическую обстановку в жидкой фазе в аппарате с механическим перемешиванием можно характеризовать числом Рейнольдса
, (4.28)
где n - частота вращения мешалки, с-1 ; d - диаметр мешалки, м;
ν -кинематическая вязкость жидкости, м2/с, а интенсивность массоотдачи - диффузионным числом Нуссельта
, (4.29)
где D - коэффициент молекулярной диффузии в жидкой фазе, м2/с, то зависимость Nuх = f(Rex) выражает собой влияние гидродинамической обстановки в жидкой фазе на интенсивность массоотдачи в ней и массопередачи в целом.